《绿色化学方法》PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
OH OH
+ OH
CH6CH5OH + CH3COCH3
苯为原料有毒害，
OH
产生副产物丙酮和对苯二酚，
要使用二氧化硫等不安全物质
合成路线长，3步
编辑ppt 14
Draths和Frost等 采用安全无毒的反应原料葡萄糖:
OH
OH O
HO
OH OH
E.Coli AB2834pPKD136/pKDp.06PA
合成方法和过程，并减少污染物的生成； ……
编辑ppt 11
催化在新的、不产生污染的合 成途径中将继续起重要作用
利用催化剂，化学反应会更加有效，会具有 更高的选择性，这样就可以减少大量副产物和 其他废物成分的生成； 利用催化剂，可改善化学反应的条件，比如 降低反应温度和反应压力从而降低能耗，消除 某些有毒反应介质的使用等等。
第三章 绿色化学方法
第一节 催化剂在化学反应中的作用
第二节 绿色化学与催化
第三节 高效无害催化剂的设计
第四节 改变反应原料
第五节 改变反应试剂
第六节 改变反应溶剂
第七节 化学反应的过程监控和化工过程强化
作业
参考文献
编辑ppt
1
第一节 催化剂在化学反应中的作用
编辑ppt
2
催化剂在化学反应中的作用
加快了化学反应由反应物转化为生成物 的速度,降低反应条件
编辑ppt 7
第二节 绿色化学与催化
编辑ppt
8
催化与污染防治 新原料需新催化剂来活化 催化与反应过程的改善
编辑ppt 9
一：催化与污染防治
编辑ppt 10
催化已经在减少环境污染方面引起到了重 要作用
利用催化剂减少和消除发电厂废气及汽车尾 气中的NOx的排放，以改善空气的质量；
利用催化剂以减少挥发性有机溶剂的使用； 利用催化技术取代使用氯或有含氯中间物的
OH OH
避免了风险原料和试剂的使用， 副产物大为减少
编辑ppt 15
三：催化与反应过程的改善
编辑ppt 16
乙醛的合成 •more
对苯二酚的合成 •more
羰基化合物的合成 •more
编辑ppt 17
(一):乙醛的合成
编辑ppt 18
传 统
机理： 在反应过程中,PdCl2被还原为Pd（零价),Pd
编辑ppt 21
新的环境友好方法：
CH3CH=CH2
CH(CH3)2
O2 catalyst
CHC3O2HCH3 H+
CH(CH3)2
CO2H CH3 CH3
OH OH
优点: 这一新方法，虽然也不是原子经济的
反应，但由于反应步骤减少，且只有最后一 步会有副产物生成，其对环境的友好程度已 大大优于传统方法。
有选择性地加快多种热力学上可能进行 的反应中的其中一种反应，选择性地生 成某一特定目标产物，即催化剂可控制 反应产物化学物种的选择性
控制产物立体规整性的作用
编辑ppt 3
催化剂在化学反应中的作用
✓ 定向合成单一的旋光异构体 ✓ 催化剂与反应条件共同作用，控制产物
的化学物种选择性
编辑ppt 4
分子机器——具有高度专一、高选择 性和原子经济性的催化剂。
编辑ppt 22
若能找到直接用分子氧氧化苯的 新催化剂，则过程的效益会大为增加.
C 6 H 6+O 2c a ta ly s t?H O - C 6 H 4 - O H
编辑ppt 23
（三）：羰基化合物的合成
编辑ppt 24
Varma等利用微波与催化剂共同活化的方法,在
不用溶剂的条件下把醇转化为羰基化合物,这
总之，催化剂的利用常可以同时满足若干 个绿色化学的要求。
编辑ppt 12
二：新原料需要新催化剂来活化
编辑ppt 13
邻苯二酚的生产:
传统生产方法:
C6H6 CH3CH CH2H3PO4
70%H2O2,EDTAFe2+orc2+
70-80OC
1)O2/80-130OC 2)SO2/60-100OC CH6CH5CH(CH3)2
的健康和环境都有害。
编辑ppt 19
新方法用钒的配合物代替CuCl2
催化剂PdCl2的用量可大幅度减少; 溶液中Cl－的浓度也就大为减少， 其减少幅度可达100~400倍;
大大降低了生成氯化有机物的可 能性。
编辑ppt
20
(二):对苯二酚的合成
传统合成方法：
缺点: 步骤多,生成大量的盐副产物 还要多次使用硫酸、盐酸等有腐蚀性 的物质
在生命过程中，最需要高度的选择 性和原子经济性，在生物体内进行 的化学反应都是以酶作为催化剂的。 这些酶催化的反应通常都是高度专 一、高选择性和原子经济的。因此， 这种酶催化剂被称为分子机器 (molecular machine).
编辑ppt 5
分子机器——具有高度专一、高 选择性和原子经济性的催化剂。
（零价）与CuCl2反应生成PdCl2和（CuCl2）－，氧又
wenku.baidu.com
合 将（CuCl2）－ 氧化，使CuCl2复原。
成 CH2=CH2 方 法 O2
PdCl2 CuCl2水溶液
CH3CHO
缺点：这一方法－需要使用大量的催化剂，这样 使－得溶液中Cl 的浓度较大，溶液中大量的Cl
会导致有机氯化物副产物的生成。这些氯化 物副产物不仅影响了产品的纯度，而且对人类
近年来的研究发现，不仅酶的功 能像一台万无一失的机器，我们 常用的化学催化剂也具有这种功 能，其典型例子是环戊二烯金属 络合物用作烯烃聚合反应的催化 剂
编辑ppt 6
分子机器——具有高度专一、高 选择性和原子经济性的催化剂。
不管是酶催化剂还是传统的化学催化剂， 只要其具有高度的专一性，高的选择性， 高的反应物转化率和反应的原子经济性， 均可认为，它是在化学反应中具有各种 特殊功能的分子机器。
和使用高效无害催化剂,也就成了绿色化学
研究的重要内容之一.
➢催化剂设计就是指人们按照自己的意图
制造目标催化剂的工作。它是一种构思，
而不一定要画出图纸。也就是对指定的反
应或者需要制造的某种产品，应该如何选
用一种催化剂的知识的编辑逻ppt辑分析。
26
一：总体性考虑
总体性分析 反应的可行性，最大平衡产率 要求的最佳反应条件 可选用的原料 反应的原子经济性如何 在实际使用中可能会遇到什么问题 催化剂的经济性 催化反应的经济性等等。
样就消除了有机溶剂的使用：
R1C(OH)R2
催化剂 微波
R1COR2
传统的方法需要有机溶剂; 还要使用像三氧化铬，高锰酸钾这一 类会造成盐污染的氧化剂.
编辑ppt
25
第三节
设计高效无害催化剂
➢催化剂在绿色化学中具有重要地位,老工
艺的改造需要新催化剂,新的反应原料、新
的反应过程需要新催化剂.因此,如何设计
+ OH
CH6CH5OH + CH3COCH3
苯为原料有毒害，
OH
产生副产物丙酮和对苯二酚，
要使用二氧化硫等不安全物质
合成路线长，3步
编辑ppt 14
Draths和Frost等 采用安全无毒的反应原料葡萄糖:
OH
OH O
HO
OH OH
E.Coli AB2834pPKD136/pKDp.06PA
合成方法和过程，并减少污染物的生成； ……
编辑ppt 11
催化在新的、不产生污染的合 成途径中将继续起重要作用
利用催化剂，化学反应会更加有效，会具有 更高的选择性，这样就可以减少大量副产物和 其他废物成分的生成； 利用催化剂，可改善化学反应的条件，比如 降低反应温度和反应压力从而降低能耗，消除 某些有毒反应介质的使用等等。
第三章 绿色化学方法
第一节 催化剂在化学反应中的作用
第二节 绿色化学与催化
第三节 高效无害催化剂的设计
第四节 改变反应原料
第五节 改变反应试剂
第六节 改变反应溶剂
第七节 化学反应的过程监控和化工过程强化
作业
参考文献
编辑ppt
1
第一节 催化剂在化学反应中的作用
编辑ppt
2
催化剂在化学反应中的作用
加快了化学反应由反应物转化为生成物 的速度,降低反应条件
编辑ppt 7
第二节 绿色化学与催化
编辑ppt
8
催化与污染防治 新原料需新催化剂来活化 催化与反应过程的改善
编辑ppt 9
一：催化与污染防治
编辑ppt 10
催化已经在减少环境污染方面引起到了重 要作用
利用催化剂减少和消除发电厂废气及汽车尾 气中的NOx的排放，以改善空气的质量；
利用催化剂以减少挥发性有机溶剂的使用； 利用催化技术取代使用氯或有含氯中间物的
OH OH
避免了风险原料和试剂的使用， 副产物大为减少
编辑ppt 15
三：催化与反应过程的改善
编辑ppt 16
乙醛的合成 •more
对苯二酚的合成 •more
羰基化合物的合成 •more
编辑ppt 17
(一):乙醛的合成
编辑ppt 18
传 统
机理： 在反应过程中,PdCl2被还原为Pd（零价),Pd
编辑ppt 21
新的环境友好方法：
CH3CH=CH2
CH(CH3)2
O2 catalyst
CHC3O2HCH3 H+
CH(CH3)2
CO2H CH3 CH3
OH OH
优点: 这一新方法，虽然也不是原子经济的
反应，但由于反应步骤减少，且只有最后一 步会有副产物生成，其对环境的友好程度已 大大优于传统方法。
有选择性地加快多种热力学上可能进行 的反应中的其中一种反应，选择性地生 成某一特定目标产物，即催化剂可控制 反应产物化学物种的选择性
控制产物立体规整性的作用
编辑ppt 3
催化剂在化学反应中的作用
✓ 定向合成单一的旋光异构体 ✓ 催化剂与反应条件共同作用，控制产物
的化学物种选择性
编辑ppt 4
分子机器——具有高度专一、高选择 性和原子经济性的催化剂。
编辑ppt 22
若能找到直接用分子氧氧化苯的 新催化剂，则过程的效益会大为增加.
C 6 H 6+O 2c a ta ly s t?H O - C 6 H 4 - O H
编辑ppt 23
（三）：羰基化合物的合成
编辑ppt 24
Varma等利用微波与催化剂共同活化的方法,在
不用溶剂的条件下把醇转化为羰基化合物,这
总之，催化剂的利用常可以同时满足若干 个绿色化学的要求。
编辑ppt 12
二：新原料需要新催化剂来活化
编辑ppt 13
邻苯二酚的生产:
传统生产方法:
C6H6 CH3CH CH2H3PO4
70%H2O2,EDTAFe2+orc2+
70-80OC
1)O2/80-130OC 2)SO2/60-100OC CH6CH5CH(CH3)2
的健康和环境都有害。
编辑ppt 19
新方法用钒的配合物代替CuCl2
催化剂PdCl2的用量可大幅度减少; 溶液中Cl－的浓度也就大为减少， 其减少幅度可达100~400倍;
大大降低了生成氯化有机物的可 能性。
编辑ppt
20
(二):对苯二酚的合成
传统合成方法：
缺点: 步骤多,生成大量的盐副产物 还要多次使用硫酸、盐酸等有腐蚀性 的物质
在生命过程中，最需要高度的选择 性和原子经济性，在生物体内进行 的化学反应都是以酶作为催化剂的。 这些酶催化的反应通常都是高度专 一、高选择性和原子经济的。因此， 这种酶催化剂被称为分子机器 (molecular machine).
编辑ppt 5
分子机器——具有高度专一、高 选择性和原子经济性的催化剂。
（零价）与CuCl2反应生成PdCl2和（CuCl2）－，氧又
wenku.baidu.com
合 将（CuCl2）－ 氧化，使CuCl2复原。
成 CH2=CH2 方 法 O2
PdCl2 CuCl2水溶液
CH3CHO
缺点：这一方法－需要使用大量的催化剂，这样 使－得溶液中Cl 的浓度较大，溶液中大量的Cl
会导致有机氯化物副产物的生成。这些氯化 物副产物不仅影响了产品的纯度，而且对人类
近年来的研究发现，不仅酶的功 能像一台万无一失的机器，我们 常用的化学催化剂也具有这种功 能，其典型例子是环戊二烯金属 络合物用作烯烃聚合反应的催化 剂
编辑ppt 6
分子机器——具有高度专一、高 选择性和原子经济性的催化剂。
不管是酶催化剂还是传统的化学催化剂， 只要其具有高度的专一性，高的选择性， 高的反应物转化率和反应的原子经济性， 均可认为，它是在化学反应中具有各种 特殊功能的分子机器。
和使用高效无害催化剂,也就成了绿色化学
研究的重要内容之一.
➢催化剂设计就是指人们按照自己的意图
制造目标催化剂的工作。它是一种构思，
而不一定要画出图纸。也就是对指定的反
应或者需要制造的某种产品，应该如何选
用一种催化剂的知识的编辑逻ppt辑分析。
26
一：总体性考虑
总体性分析 反应的可行性，最大平衡产率 要求的最佳反应条件 可选用的原料 反应的原子经济性如何 在实际使用中可能会遇到什么问题 催化剂的经济性 催化反应的经济性等等。
样就消除了有机溶剂的使用：
R1C(OH)R2
催化剂 微波
R1COR2
传统的方法需要有机溶剂; 还要使用像三氧化铬，高锰酸钾这一 类会造成盐污染的氧化剂.
编辑ppt
25
第三节
设计高效无害催化剂
➢催化剂在绿色化学中具有重要地位,老工
艺的改造需要新催化剂,新的反应原料、新
的反应过程需要新催化剂.因此,如何设计